JP2010071937A - ワーク処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力容器内部の温度を応答性良く且つ精度良く制御することができるワーク処理装置を提供することを課題とする。
【解決手段】内部に収容したワークＷに対し加熱および加圧を行うワーク処理装置であって、容器本体２と容器本体２を開閉する容器蓋３とから成り、内部にワークＷを収容する圧力容器１０と、圧力容器１０の内部に設けられ、圧力容器１０内を加熱する内部ヒータ１１と、を備え、内部ヒータ１１は、容器本体２の底部に配設した第１ヒータ７と、容器蓋３の下面に配設した第２ヒータ８とで構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内部に収容したワークに対し一定条件で加熱および加圧を行うワーク処理装置に関するものである。

従来、試験片（ワーク）に対し加熱および加圧等の処理を行う場合、圧力容器の外周に巻回した加熱手段（ヒータ）および温度測定手段（温度センサ）により、該容器内に貯留した液体を加熱する圧力容器が用いられている（特許文献１参照）。この場合、試験片は、容器内に貯留した液体（試験薬液）内又は液体上方の気相部に配置される。試験中の該容器内の温度は、容器外部に設けられた温度センサに基づくヒータの制御により、目標温度まで上昇した後、一定に維持される。
特開２００３−１２６６７４号公報

上述した従来の装置を用いた場合、容器（圧力容器）の胴体が厚肉であり、且つヒータが容器の外周に設けられているため、容器内部の温度に対する応答性が悪く、容器内部の温度を応答性良く且つ精度良く制御することができなかった。また、試験片の給材・除材に際して圧力容器を開放したことによって一旦低下した該容器内の温度は、再び目標温度に至るまで長時間を要するだけでなく、外気温等の外的影響を受けて再現性が得られなかった。したがって、常に一定の条件でワーク処理を行うことができず、ワーク処理の信頼性の低下を招くという問題があった。

本発明は、圧力容器内部の温度を応答性良く且つ精度良く制御することができるワーク処理装置を提供することを課題とする。

本発明のワーク処理装置は、内部に収容したワークに対し加熱および加圧を行うワーク処理装置であって、容器本体と容器本体を開閉する容器蓋とから成り、内部にワークを収容する圧力容器と、圧力容器の内部に設けられ、圧力容器内を加熱する内部加熱手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、内部加熱手段を圧力容器内部に備えることによって、厚肉の圧力容器の内部を短時間で且つ精度良く目標の温度に到達させることができる。また、内部加熱手段が圧力容器内部に設けられているため、外気温等の影響を受けず、目標温度に至るまでの昇温過程のばらつきを抑えることができる。したがって、ワーク処理の信頼性を高めることができる。

この場合、容器本体の外面に添設され、圧力容器内を加熱する外部加熱手段を、更に備えたことが好ましい。

この構成によれば、容器本体外面に設けられた外部加熱手段が補助的に或いは主体的に圧力容器内を加熱するため、外部加熱手段と内部加熱手段との協働により、圧力容器内部の温度を応答性良く且つ精度良く制御することができる。

この場合、内部加熱手段は、容器本体の底部および容器蓋の下面の少なくとも一方に配設されていることが好ましい。

この構成によれば、内部加熱手段が投入するワークの邪魔になることがなく、圧力容器内を効率良く且つ均一に加熱することができる。

また、内部加熱手段とワークとの間に介設され、内部加熱手段の熱を吸収しワークに放熱する放熱板を、更に備えることが好ましい。

この構成によれば、ワークを効率良く且つ均一に加熱することができる。

この場合、容器蓋は、下面にワークをセットするワークセット部を有していることが好ましい。

この構成によれば、ワークの除材時に、容器蓋の開放に伴ってワークを容器本体から取り出すことができると共に、容器蓋の閉塞に伴ってワークを容器本体に投入することができる。すなわち、容器本体に対するワークの出し入れを簡単に行うことができる。

この場合、圧力容器に試験薬液を導入すると共に試験薬液を飽和蒸気圧状態に加熱および加圧し、ワークを試験薬液の雰囲気に曝してワークの耐腐食性試験を行うものであることが好ましい。

この構成によれば、圧力容器内部の温度を応答性良く且つ精度良く制御することができるため、ワークの耐食試験の信頼性を向上させることができる。

この場合、ワークの圧力容器への給材および除材を含む試験温度および試験時間に関する制御テーブルに基づいて、内部加熱手段および外部加熱手段を制御する制御手段を、更に備えたことが好ましい。

この構成によれば、試験開始時の昇温および試験終了時の降温を含め温度制御を高精度で行うことができ、耐食試験の信頼性を向上させることができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明のワーク処理装置を適用したワークの耐食試験装置について説明する。この耐食試験装置は、表面に被膜処理を施した穴開きのワークの耐食試験を行うものであり、このワークが部品として装置に組み込まれたときに接する液体を試験薬液とし、この試験薬液を加熱して飽和蒸気圧状態とした薬液雰囲気に、一定時間ワークを曝すことで加速試験を行うものである。ここでは、先ずワークおよびワーク廻りの構造から説明する。

図１で示すように、ワークＷは、その複数個をワークホルダ２１に載置されると共に、試験薬液を含浸させた不織布２２を上下に宛がい、全体をワークケース２０に収容して耐食試験装置１に導入される。試験片であるワークＷは、複数の小孔を有する金属製の方形プレートであり、金属めっきが施されている。試験薬液による耐食試験は、主としてこの金属めっきの剥離および亀裂に対する耐性を試験する。

ワークホルダ２１は、熱伝導性の高いアルミニウム等で格子枠状に形成されており、各ワークＷは、各枠内に内向きに突設した支持突起２４により支持されるようにして、各枠内に保持されている。すなわち、複数のワークＷは、ワークホルダ２１の上面にマトリクス状にセットされる。不織布２２は、ワークホルダ２１の平面形状に合わせて２枚１組とし、ワークホルダ２１を上下から挟むように配設される。この場合、不織布２２には予め一定量の試験薬液を染み込ませて導入される。ワークケース２０は、アルミニウム等で構成された方形のケースであり、内部を、試験薬液を加熱して飽和蒸気圧状態とした薬液雰囲気で満たすようになっている。
なお、ワークホルダ２１に不織布２２を添設する部位を設け、ワークケース２０を省略してもよい。

図２に示すように、耐食試験装置１は、容器本体２および容器本体２を開閉する容器蓋３から成る金属製の圧力容器１０と、容器本体２の外面に添設した外部ヒータ（外部加熱手段）１２と、外部ヒータ１２の外側を覆う断熱材（図示省略）と、を備えている。また、容器本体２は、その内部に容器本体２内部を加熱するための第１ヒータ７および第２ヒータ８から成る内部ヒータ（内部加熱手段）１１と、第１ヒータ７から吸収した熱線を放熱するための放熱板９と、を備えている。さらに、容器蓋３を開閉する蓋開閉機構５４と、外部ヒータ１２、内部ヒータ１１および蓋開閉機構５４を制御する制御装置５１と、を備えている。この場合、第１ヒータ７は、容器本体２の底部に設置され、第２ヒータ８は、容器蓋３の下面に設置されている。

圧力容器１０は、法上の小型圧力容器であり、容器本体２と容器蓋３との間にはリング状のシール部材１５が介設され、容器本体２の上部に設けられたロック金具（図示省略）により容器本体２を閉止した容器蓋３が強固に閉塞されるようになっている。容器本体２は、厚肉の金属材により有底の略筒状に形成されており、上部がフランジ状に形成されている。そして、このフランジ状の上部に上記のロック金具が組み込まれている。また、容器蓋３を取り付けた状態の容器本体２の下部が、容器室１３となっており、この容器室１３に上記のワークケース２０に収容されたワークＷが投入される。

そして、容器室１３には、底部に上記の第１ヒータ７と、第１ヒータ７から吸収した熱を放出して容器室１３を均一に加熱するための放熱板９と、が配設されている。放熱板９は、容器室１３に設置されるワークケース２０と第１ヒータ７との間に介設されている。これによって、ワークケース２０全体が均一に加熱されて、ワークＷが均一な温度条件に曝されることになる。また、容器室１３には、圧力を抜くためのバルブを有する大気開放装置５０が連通している。容器本体２に対し容器蓋３は深く嵌入され、この封止蓋部３ｂの下方外周部に上記のシール部材１５が装着されている。

容器蓋３は、厚肉の金属材により形成されており、容器本体２の開口端を覆う蓋本体３ａと、開口端から容器本体２の嵌入封止部１４に深く嵌入される封止蓋部３ｂと、から構成されている。蓋本体３ａは、容器本体２フランジ状の上部に対応してフランジ状の形態を有し、閉塞時に容器本体２の上面にフランジ接合様に密接する。封止蓋部３ｂは、その外周面が嵌入封止部１４と相補的形状に形成され、封止蓋部３ｂの下面には第２ヒータ８が設けられており、第１ヒータ７と協働して容器室１３内を均一に加熱する。さらに、封止蓋部３ｂの下面には、ワークケース２０を着脱自在に装着するためのケースセット部２３が設けられている。ケースセット部２３は、詳細は図示しないが、例えば一対の係止爪を有し、ワークケース２０を水平にセット可能に構成されている。容器蓋３を閉塞すると、封止蓋部３ｂの外周面が上記のシール部材１５に密接することよって、容器本体２内が気密に封止されると共に、ワークケース２０が容器本体２の容器室１３に収容される。

蓋開閉機構５４は、例えば容器蓋３の上端に連結したリンクやリードねじ等の昇降機構５３と、昇降機構５３を駆動するモータ５２で構成されている。容器蓋３の開放に際し制御装置５１は、上記の大気開放装置５０を駆動して容器室１３内を大気圧まで降圧させた後、モータ５２を駆動して容器蓋３を上昇させ、容器本体２を開放する。また、逆の手順で容器本体２を閉塞する。蓋開閉機構５４による容器蓋３の上昇端位置は、容器蓋３に装着されているワークＷ（ワークケース２０）が、容器本体２の開口端から十分に引き上げられた容器本体２の直上位置となっており、この状態で容器蓋３に対しワークケース２０が着脱されるようになっている。

外部ヒータ１２は、マントルヒータやラバーヒータで構成した上部ヒータ４、下部ヒータ５および底部ヒータ６から成り、圧力容器１０全体を加熱する。
内部ヒータ１１は、第１ヒータ７および第２ヒータ８から成り、例えば赤外線ヒータ、セラミックヒータ、電熱線ヒータ等が用いられる。内部ヒータ１１は、外部ヒータ１２と協働して、圧力容器１０全体を補助的に或いは主体的に加熱する。そして、第１ヒータ７は、容器室１３内の底部に、すなわち容器室１３の底面および底部における内周面に亘って設けられている。第２ヒータは、封止蓋部３ｂ下面全域において、ケースセット部２３を逃げて設けられている。内部ヒータ１１は、外部ヒータ１２に比べて容器室１３内の温度変化に与える応答性および温度分布への影響が大きいため、容器本体２内に複数設置されることによって、より緻密な温度制御を可能にしている。外部ヒータ１２および内部ヒータ１１によってワークケース２０の内部が加熱されると、不織布２２に浸み込ませた試験薬液が飽和蒸気圧状態となり薬液雰囲気に変化する。そして、薬液雰囲気は、試験薬液と共に加熱されたワークＷに対し反応する。

次に、図３を参照して、本発明のワーク処理装置を用いたワークの耐食試験における、温度制御について説明する。
先ず、試験開始にあたり、ワークＷの耐食試験装置１の容器室１３内を目標の試験温度Ｔ０に至るまで加熱する。このとき、試験装置は容器蓋３を閉塞した状態で、内部ヒータ１１および外部ヒータ１２と、を用いて容器室１３内を加熱する（図３（ａ））。この場合、制御装置５１内には、試験開始時の昇温および試験終了時の降温を含む試験温度および試験時間に関する制御テーブルが用意されており、制御装置５１は、この制御テーブルに倣って内部ヒータ１１および外部ヒータ１２を制御する。これにより、容器室１３が所定の温度に昇温され、ワークケース２０の内部が加熱される。

このようにして装置のウォームアップを行った後、ワークＷをケースセット部２３にセットするため、大気開放装置５０によって容器室１３内を大気圧と同圧に減圧し、さらに蓋開閉機構５４により容器蓋３を開放する。容器蓋３を引き上げたら、試験薬液およびワークＷを収容したワークケース２０を、容器蓋３の下面に設けられたケースセット部２３にセットする（図３（ｂ））。そして、容器蓋３を閉塞し、再び容器室１３内が試験温度Ｔ０に至るまで内部ヒータ１１と外部ヒータ１２とを協働させて加熱を続ける（図３（ｃ））。容器室１３が目標温度まで達したら、この目標温度を維持するように、第１ヒータ７および／または第２ヒータ８を用いて、試験時間が終了するまで断続的な加熱を続行する。

ところで、ワークＷの給材に際して、容器蓋３を開けて容器本体２を開放するため、目標の試験温度Ｔ０に保たれていた容器室１３内の温度が一旦低下する。一旦低下した温度は、再び目標温度Ｔ０に到達するまで、単位時間毎の多段階温度設定（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）により温度制御が行われ、早過ぎる昇温１０１や遅過ぎる昇温１０２を防ぐ（図４（ａ）、（ｂ））。すなわち、上記の制御テーブルに基づいて、内部ヒータ１１、外部ヒータ１２が適宜オン・オフ制御（好ましくはＰＩＤ制御）される。上述したように、制御テーブルは、目標温度Ｔ０（試験温度）とその継続時間（試験時間）のみならず、試験開始時の昇温および試験終了時の降温である、いわゆる立上げおよび立下りも含むものであり、この制御テーブルに倣って高精度の制御が行われるため、加速試験を精度良く行うことができる。

このように、外部ヒータ１２のみならず、ワークＷと同一の雰囲気に接する内部ヒータ１１を用いて、容器室１３の温度制御が行われるため、制御テーブルに倣った応答性の良好な制御が可能となる（図４（ｂ））。すなわち、ワークＷが曝される温度・時間等の条件が一定になり、再現性よく耐食試験を行うことができる。この緻密な温度制御は、特に容器室１３内に備えられた内部ヒータ１１により可能となる。また、容器室１３内に内部ヒータ１１を設けているため、容器本体２が一旦開放された際に外気温等の外的環境の影響を受けにくく、容器室１３内の昇温過程においてばらつきを防ぐことができる。

なお、実施形態では、内部ヒータ１１を第１ヒータ７と第２ヒータ８とで構成しだか、いずれか一方のみで構成してもよい。また、内部ヒータ１１の容量を大きくすることが可能であれば、外部ヒータ１２を省略することも可能である。一方、ワークＷの除給材に伴って容器本体２を開放したときに、第１ヒータ７を駆動しておいて、容器本体２内の冷却を抑制するようにしてもよい。また、ワークＷ除材時に常温程度まで圧力容器１０内の温度を低下させる必要がある場合には、ワーク処理装置に冷却手段を備えることが望ましい。

以上のように、本発明のワーク処理装置によれば、温度・湿度等の外的影響を受けることなく圧力容器１０内の温度条件を一定に保つことができるため、ワークＷを常に一定の条件下で再現性よく試験することができる。なお、より緻密な温度制御を行うために、さらにＡＰＣ（自動圧力制御ユニット）などを併用して、圧力制御を行ってもよい。

本発明の実施形態に係るワーク処理装置にセットされるワークおよびワークケースの一例を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るワーク処理装置の構造を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るワーク処理装置を用いたワーク処理方法における、容器内部を予備加熱する準備段階（ａ）、高温下でワーク給材を行う段階（ｂ）、高温高圧でワークを処理する段階（ｃ）を示す説明図である。 従来のワーク処理装置の温度制御を示す図（ａ）、本発明の実施形態に係るワーク処理装置の温度制御を示す図（ｂ）である。

符号の説明

１…耐食試験装置 ３…容器蓋 ７…第１ヒータ ８…第２ヒータ １０…圧力容器 １１…内部ヒータ １２…外部ヒータ １３…容器室 １５…シール部材 ２０…ワークケース ２３…ケースセット部 ５０…大気開放装置 ５１…制御装置 ５２…モータ ５３…蓋昇降機構 ５４…蓋開閉機構 Ｗ…ワーク

Claims (7)

1. 内部に収容したワークに対し加熱および加圧を行うワーク処理装置であって、
   容器本体と前記容器本体を開閉する容器蓋とから成り、内部に前記ワークを収容する圧力容器と、
   前記圧力容器の内部に設けられ、前記圧力容器内を加熱する内部加熱手段と、を備えたことを特徴とするワーク処理装置。
2. 前記容器本体の外面に添設され、前記圧力容器内を加熱する外部加熱手段を、更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のワーク処理装置。
3. 前記内部加熱手段は、前記容器本体の底部および前記容器蓋の下面の少なくとも一方に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のワーク処理装置。
4. 前記内部加熱手段と前記ワークとの間に介設され、前記内部加熱手段の熱を吸収し前記ワークに放熱する放熱板を、更に備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のワーク処理装置。
5. 前記容器蓋は、下面に前記ワークをセットするワークセット部を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のワーク処理装置。
6. 前記圧力容器に試験薬液を導入すると共に前記試験薬液を飽和蒸気圧状態に加熱および加圧し、前記ワークを前記試験薬液の雰囲気に曝して前記ワークの耐食性試験を行うものであることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載のワーク処理装置。
7. 前記ワークの前記圧力容器への給材および除材を含む試験温度および試験時間に関する制御テーブルに基づいて、前記内部加熱手段および前記外部加熱手段を制御する制御手段を、更に備えたことを特徴とする請求項６に記載のワーク処理装置。

Images